RU205201U1

RU205201U1 - All-mode shut-off and control valve

Info

Publication number: RU205201U1
Application number: RU2021105131U
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Бокач
Original assignee: Евгений Николаевич Бокач
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-07-02

Abstract

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре для объектов энергетики и газонефтехимии, характеризующихся высокими параметрами рабочих сред - температура до 650°С, давление до 40 МПа, предназначенной для регулирования и перекрытия потока жидких и газообразных рабочих сред.Клапан запорно-регулирующий всережимный для работы с жидкими и газообразными средами имеет корпус с входным и выходным патрубками, крышку с жестко закрепленным обтекателем, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, состоящий из вал-шестерни и штока. На штоке закреплен затвор. Зубчато-реечный механизм имеет эксцентриково-циклоидальное зацепление, а уплотнительная поверхность затвора и седла выполнены конической формы, на которых имеются лабиринтные канавки. Затвор уплотнен в обтекателе упругими уплотнительными кольцами S-образного профиля.Зубчато-реечный механизм с эксцентриково-циклоидальным зацеплением обеспечивает плавное перемещение затвора, соответственно обеспечивается плавный прирост площади проходного сечения и высокая точность поддержания заданных параметров в процессе регулирования. Наличие лабиринтных канавок на затворе и седле образуют лабиринтное уплотнение, снижающее давление и скорость потока, и дает возможность использовать клапан при пусковых режимах. Наличие съемной крышки позволит выполнить ремонт клапана без вырезки из трубопровода.The utility model relates to pipeline valves for power engineering and gas and petrochemical facilities, characterized by high parameters of working media - temperature up to 650 ° C, pressure up to 40 MPa, designed to regulate and shut off the flow of liquid and gaseous working media. and gaseous media has a housing with inlet and outlet nozzles, a cover with a rigidly fixed fairing, in the cavity of which a rack-and-pinion mechanism is placed, consisting of a pinion shaft and a rod. A bolt is attached to the rod. The rack and pinion mechanism has an eccentric-cycloidal engagement, and the sealing surface of the shutter and the saddle are made of a conical shape, on which there are labyrinth grooves. The shutter is sealed in the fairing by elastic O-rings of the S-shaped profile. The rack and pinion mechanism with eccentric-cycloidal engagement ensures smooth movement of the shutter, thus ensuring a smooth increase in the flow area and high accuracy of maintaining the specified parameters during the regulation process. The presence of labyrinth grooves on the valve and seat forms a labyrinth seal that reduces pressure and flow rate, and makes it possible to use the valve during start-up conditions. The removable cover will allow the valve to be repaired without cutting it out of the pipeline.

Description

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре для объектов энергетики и газонефтехимии, характеризующихся высокими параметрами рабочих сред - температура до 650°С, давление до 40 МПа, предназначенной для регулирования и перекрытия потока жидких и газообразных рабочих сред.The utility model relates to pipeline valves for power engineering and gas and petrochemical facilities, characterized by high parameters of working media - temperatures up to 650 ° C, pressure up to 40 MPa, designed to regulate and shut off the flow of liquid and gaseous working media.

Основными требованиями, предъявляемыми к запорно-регулирующей арматуре, являются обеспечение надежного и качественного регулирования технологических параметров, бескавитационный режим работы, герметичность в течение всего срока эксплуатации, надежность, безопасность, долговечность, ремонтопригодность без вырезки из трубопровода.The main requirements for shut-off and control valves are to ensure reliable and high-quality control of technological parameters, cavitation-free operation, tightness throughout the entire service life, reliability, safety, durability, maintainability without cutting out of the pipeline.

Известен запорно-регулирующий клапан осевого потока, содержащий жестко соединенные между собой наружный корпус с седлом и внутренний корпус, образующие спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженный плунжер с уплотнительными элементами, размещенными во внутреннем корпусе с посадочным кольцевым зазором и механизмом осевого перемещения плунжера. (3. Гуревич Д.Ф. и др. Арматура ядерных энергетических установок, М., Атомиздат, 1978, стр. 90, рис. 4.7.)Known shut-off and control valve for axial flow, containing rigidly interconnected outer body with a seat and inner body, forming a straightened axisymmetric flow passage, a balanced plunger with sealing elements placed in the inner body with a landing annular gap and a mechanism for axial movement of the plunger. (3. Gurevich DF et al. Fittings of nuclear power plants, M., Atomizdat, 1978, p. 90, Fig. 4.7.)

Клапан является узкодиапазонным по регулируемым параметрам из-за наличия уплотнительных элементов на плунжере и ненадежен в условиях пуска и останова энергетических объектов. Недостатками конструкции является также большая металлоемкость и масса клапана, что вызывает необходимость использования мощных приводов. Массивность элементов обуславливает их инерционность при открывании клапана, обуславливающую, в свою очередь, высокие ударные нагрузки, приходящиеся на уплотнительные поверхности затвора, что создает трудности в осуществлении их плавной регулировки и ведет к снижению герметичности и ресурса клапанов.The valve is narrow-range in terms of adjustable parameters due to the presence of sealing elements on the plunger and is unreliable in conditions of start-up and shutdown of power facilities. The disadvantages of the design are also the high metal content and mass of the valve, which necessitates the use of powerful actuators. The massiveness of the elements determines their inertia when opening the valve, which, in turn, causes high shock loads on the sealing surfaces of the valve, which creates difficulties in their smooth adjustment and leads to a decrease in the tightness and resource of the valves.

Кроме того, в выходном канале клапана, в результате воздействия на поверхность деталей седла и плунжера турбулентного потока транспортируемой жидкости и возникающих в нем кавитационных процессов, происходит эрозионный износ поверхностей последних. Клапан требует дополнительного упрочнения поверхностей деталей, контактирующих с рабочей средой, что резко повышает его стоимость.In addition, in the outlet channel of the valve, as a result of the impact on the surface of the parts of the seat and the plunger of the turbulent flow of the transported liquid and the cavitation processes occurring in it, erosive wear of the surfaces of the latter occurs. The valve requires additional hardening of the surfaces of parts in contact with the working medium, which dramatically increases its cost.

Известен осевой запорно-регулирующий дисковый клапан (патент на изобретение №2375627), включающий установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами, контактирующее с монолитным золотником, выполненным с вырезами, цилиндр золотника, в котором установлен поршень, расположенный на одной оси с золотником и седлом вдоль оси трубопроводной части корпуса, пазы на уплотняющей поверхности золотника, ребра жесткости, прижимное устройство, контактирующее с золотником, крышку корпуса и шпиндель. Клапан снабжен рычажным механизмом, соединяющим шпиндель с золотником и выполненным в виде жестко скрепленного со шпинделем рычага, взаимодействующего посредством пальца с универсальным шарниром, выполненным, по меньшей мере, из трех серег и тяги, соединенных между собой пальцами, и закрепленным на золотнике посредством пальца.Known axial shut-off-control disc valve (patent for invention No. 2375627), including a stationary seat installed in the body with profiled peripheral windows in contact with a monolithic spool made with cutouts, a spool cylinder in which a piston is installed located on the same axis with the spool and a saddle along the axis of the pipeline part of the body, grooves on the sealing surface of the spool, stiffeners, a pressure device in contact with the spool, the casing cover and the spindle. The valve is equipped with a lever mechanism connecting the spindle with the spindle and made in the form of a lever rigidly attached to the spindle, interacting by means of a pin with a universal joint made of at least three shackles and a rod interconnected by fingers and fixed to the spindle by means of a pin.

Недостатком известного клапана является сложная конструкция шарнира, приводящая в процессе эксплуатации к заклиниванию, что снижает надежность клапана.The disadvantage of the known valve is the complex design of the hinge, which leads to seizure during operation, which reduces the reliability of the valve.

Недостатком клапана также является ограниченное применение клапана при высоких параметрах рабочей среды.The disadvantage of the valve is also the limited use of the valve at high parameters of the working environment.

Известен клапан регулирующий с осевым потоком для объектов энергетики (патент на изобретение 2455543). Клапан содержит цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, закрепленный посредством пилона на крышке верхнего разъема внутренний корпус-обтекатель, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, связанный с механизмом осевого перемещения разгруженного поршня, контактирующего с седлом, установленным в выходном патрубке. Седло выполнено с направляющим кольцевым выступом в зоне контакта с поршнем, выполненным с вогнутой торцевой поверхностью, по периметру которой сформирована ответная контактной поверхности направляющего кольцевого выступа седла поверхность, при этом направляющий кольцевой выступ седла выполнен с диффузорным сечением, а седло снабжено рассекателем потока, установленным на наружной торцевой поверхности седла и выполненным в виде перфорированной пластины, отверстия на которой выполнены с переменным шагом перфорации.Known control valve with axial flow for energy facilities (patent for invention 2455543). The valve contains a cylindrical body with inlet and outlet nozzles, an inner fairing-body fixed by means of a pylon on the upper connector cover, in the cavity of which a rack-and-pinion mechanism is located, connected with the axial movement mechanism of the unloaded piston in contact with the saddle installed in the outlet nozzle. The saddle is made with a guiding annular protrusion in the zone of contact with the piston, made with a concave end surface, along the perimeter of which a surface is formed to match the contact surface of the guide annular protrusion of the saddle, while the guiding annular protrusion of the saddle is made with a diffuser section, and the saddle is equipped with a flow divider installed on the outer end surface of the saddle and made in the form of a perforated plate, the holes on which are made with a variable perforation pitch.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность разъема корпус-крышка в результате воздействия давления среды на затвор, обтекатель, пилон, крышку при закрытом клапане.The disadvantage of the known design is the low reliability of the body-cover connector as a result of the influence of the medium pressure on the shutter, fairing, pylon, cover with the valve closed.

Недостатком известного клапана является также сложность конструкции, требующей специального оборудования для изготовления, и, соответственно, высокая стоимость и низкая конкурентоспособность на рынке трубопроводной арматуры.The disadvantage of the known valve is also the complexity of the design, requiring special equipment for manufacturing, and, accordingly, the high cost and low competitiveness in the market of pipeline valves.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по назначению, технической сущности и достигаемому результату является клапан запорно-регулирующий осесимметричный (патент на полезную модель №112970), содержащий снабженный седлом наружный корпус и жестко соединенный с ним обтекатель, образующие спрямленную осесимметричную проточную часть, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения разгруженный плунжер, размещенный в направляющей втулке обтекателя и снабженный узлом герметизации, наружный корпус выполнен со съемной крышкой, сопряжение съемной крышки и наружного корпуса выполнено в виде ответных кольцевых проточек и снабжено уплотнением, расположенным в полости проточки меньшего диаметра, сформированной ограничительным кольцевым выступом на съемной крышке, и обтекатель закреплен на съемной крышке посредством пилона, а плунжер центрирован относительно втулки разрезными центрирующими кольцами, размещенными в кольцевых канавках, выполненных на поверхности плунжера по его краям, и узел герметизации плунжера выполнен в виде наборов из разрезных уплотнительных и прижимных колец, размещенных в кольцевых канавках на его поверхности между канавками с разрезными центрирующими кольцами, при этом наборы разрезных уплотнительных и прижимных колец представлены парой одинаковых разрезных уплотнительных колец, установленных на разрезном прижимном кольце, кроме того, диаметр полости направляющей втулки, в которой размещен плунжер, превышает диаметр контактной линии плунжера с седлом и наружный диаметр плунжера.The closest to the claimed utility model for its intended purpose, technical essence and the achieved result is an axisymmetric shut-off and control valve (patent for utility model No. 112970), containing an outer body equipped with a saddle and a fairing rigidly connected to it, forming a straightened axisymmetric flow path, installed with the possibility of reciprocating movement, the unloaded plunger, placed in the guide sleeve of the fairing and equipped with a sealing unit, the outer casing is made with a removable cover, the interface of the removable cover and the outer casing is made in the form of reciprocal annular grooves and is equipped with a seal located in the cavity of the groove of a smaller diameter formed by the restrictive annular a projection on the removable cover, and the fairing is fixed to the removable cover by means of a pylon, and the plunger is centered relative to the sleeve by split centering rings placed in annular grooves made on the surface of the plunger along it about the edges, and the plunger sealing unit is made in the form of sets of split sealing and pressure rings placed in annular grooves on its surface between the grooves with split centering rings, while the sets of split sealing and pressure rings are represented by a pair of identical split sealing rings installed on the split the pressure ring, in addition, the diameter of the cavity of the guide sleeve, in which the plunger is located, exceeds the diameter of the contact line of the plunger with the seat and the outer diameter of the plunger.

Недостатком известной конструкции является наличие нерегулируемых протечек через зазоры разрезных колец уплотнения плунжера в обтекателе.The disadvantage of the known design is the presence of unregulated leaks through the clearances of the split rings of the plunger seal in the fairing.

Недостатком известного клапана также является ограниченное применение клапана при пусковых режимах при высоких параметрах рабочей среды.The disadvantage of the known valve is also the limited use of the valve during start-up conditions at high parameters of the working environment.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание надежного в эксплуатации и простого в изготовлении, обслуживании и ремонте запорно-регулирующего всережимного клапана для широкого применения на объектах энергетики и газонефтехимии при всевозможных режимах эксплуатации.The problem solved by the claimed utility model is to create a shut-off and control all-mode valve that is reliable in operation and easy to manufacture, maintain and repair for wide use at power and gas and petrochemical facilities under all kinds of operating modes.

Для достижения указанного технического результата в клапане запорно-регулирующем всережимном имеется корпус с входным и выходным патрубками, крышка с жестко закрепленным обтекателем, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, состоящий из вал-шестерни и штока, с закрепленным на штоке запорным узлом, отличающийся тем, что зубчато-реечный механизм имеет эксцентриково-циклоидальное зацепление, а уплотнительная поверхность затвора и седла выполнены конической формы, на которых имеются лабиринтные канавки, при этом затвор уплотнен в обтекателе упругими уплотнительными кольцами S-образного профиля.To achieve the specified technical result, the all-mode shut-off-control valve has a body with inlet and outlet nozzles, a cover with a rigidly fixed fairing, in the cavity of which a rack-and-pinion mechanism is located, consisting of a pinion shaft and a stem, with a locking unit fixed on the rod, which is different in that the rack-and-pinion mechanism has an eccentric-cycloidal engagement, and the sealing surface of the shutter and the saddle are made of a conical shape, on which there are labyrinth grooves, while the shutter is sealed in the fairing by elastic sealing rings of the S-shaped profile.

Зубчато-реечный механизм с эксцентриково-циклоидальным зацеплением обеспечивает плавное перемещение затвора, соответственно обеспечивается плавный прирост площади проходного сечения и высокая точность поддержания заданных параметров в процессе регулирования. Наличие лабиринтных канавок на затворе и седле образуют лабиринтное уплотнение, снижающее давление и скорость потока, и дает возможность использовать клапан при пусковых режимах, при этом исключаются условия возникновения кавитации, соответственно, исключается эрозионный износ выходного патрубка, исключается вибрационное воздействие рабочей среды на элементы клапана. Затвор перемещается в обтекателе и уплотнен в нем упругими уплотнительными кольцами S-образного профиля, применение нескольких упругих уплотнительных колец S-образного профиля образуют лабиринт, снижающий давление среды на каждое последующее кольцо, что обеспечивает более высокую герметичность и надежность уплотнения в течение всего срока эксплуатации. Подбор жаропрочных материалов для изготовления сделает возможным регулирование и перекрытие рабочих сред с температурой до 650°С и давлением до 40 МПа. Наличие съемной крышки позволит выполнить ремонт клапана без вырезки из трубопровода.A rack and pinion mechanism with an eccentric-cycloidal engagement provides a smooth movement of the shutter, respectively, a smooth increase in the flow area and a high accuracy of maintaining the specified parameters during the regulation process. The presence of labyrinth grooves on the valve and the seat form a labyrinth seal that reduces the pressure and flow rate, and makes it possible to use the valve during start-up modes, while the conditions for the occurrence of cavitation are excluded, accordingly, erosive wear of the outlet pipe is eliminated, and the vibration effect of the working medium on the valve elements is eliminated. The shutter moves in the fairing and is sealed in it by elastic S-shaped sealing rings, the use of several elastic S-shaped sealing rings form a labyrinth that reduces the pressure of the medium on each subsequent ring, which ensures higher tightness and reliability of the seal during the entire service life. The selection of heat-resistant materials for manufacturing will make it possible to regulate and overlap working environments with temperatures up to 650 ° C and pressures up to 40 MPa. The removable cover will allow the valve to be repaired without cutting it out of the pipeline.

Заявленный клапан запорно-регулирующий всережимный поясняется чертежами.The declared shut-off-regulating all-mode valve is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведен общий вид клапана в закрытом положении.FIG. 1 shows a general view of the valve in the closed position.

На фиг. 2 приведен общий вид запорного узла клапана.FIG. 2 shows a general view of the valve closure assembly.

Клапан запорно-регулирующий всережимный содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, крышку 4, закрепленную посредством шпилек 5 и гаек 6 к корпусу 1. К крышке 4 жестко закреплен посредством пилона 7 обтекатель 8, в полости которого подвижно вдоль оси клапана, размещен зубчато-реечный механизм 9 с эксцентриково-циклоидальным зацеплением, состоящий из вал-шестерни 10 и штока 11. На штоке 11 закреплен затвор 13 (фиг. 2). Затвор 13 уплотнен в обтекателе 8 упругими уплотнительными кольцами S-образного профиля 14 и загерметизирован гайкой 15. Уплотнительная часть затвора 13 имеет форму конуса, на которой имеются лабиринтные канавки Б и уплотнительная поверхность В. Седло 16 закреплено в корпусе 1 и имеет рассекатель 17, коническую уплотнительную поверхность Г, на которой расположены лабиринтные канавки Д.The all-mode shut-off-regulating valve contains a body 1 with inlet 2 and outlet 3 nozzles, a cover 4, fixed by means of pins 5 and nuts 6 to the body 1. A fairing 8 is rigidly fixed to the cover 4 by means of a pylon 7, in the cavity of which it is movable along the valve axis, is placed a rack and pinion mechanism 9 with eccentric-cycloidal engagement, consisting of a pinion shaft 10 and a rod 11. A shutter 13 is fixed on the rod 11 (Fig. 2). The shutter 13 is sealed in the fairing 8 by elastic O-rings of the S-shaped profile 14 and sealed with a nut 15. The sealing part of the shutter 13 has the shape of a cone, on which there are labyrinth grooves B and a sealing surface B. The saddle 16 is fixed in the body 1 and has a diverter 17, conical sealing surface D, on which labyrinth grooves are located D.

Исходное положение - клапан закрыт и уплотнен (затвор находится в крайнем правом положении). Уплотнительная поверхность В затвора 13 соприкасается с уплотнительной поверхностью Г седла 16, канавки Б затвора 13 располагаются напротив канавок Д седла 16. Рабочая среда с высокими параметрами поступает во входной патрубок 2.Initial position - the valve is closed and sealed (the valve is in the extreme right position). The sealing surface B of the valve 13 is in contact with the sealing surface D of the seat 16, the grooves B of the valve 13 are located opposite the grooves D of the seat 16. The working medium with high parameters enters the inlet 2.

Регулирование расхода рабочей среды осуществляется при открывании клапана поворотом вал-шестерни 10 приводом клапана 12 посредством зубчато-реечного механизма 9 с эксцентриково-циклоидальным зацеплением, при этом шток 11 с закрепленным на нем затвором 13 перемещается внутри обтекателя 8. При перемещении затвора 13 на открытие, уплотнительная поверхность В затвора 13 и уплотнительная поверхность Д седла 16 размыкаются, скорость и давление потока снижаются, проходя через лабиринтные канавки затвора 13 и седла 16. Поток, проходя через рассекатель 17, выравнивается и поступает в выходной патрубок 3. При дальнейшем перемещении затвора 13 в левое положение площадь сечения, образованная уплотнительной поверхностью В затвора 13 и седлом 16 увеличивается, соответственно, увеличивается расход рабочей среды.The regulation of the flow rate of the working medium is carried out when the valve is opened by turning the pinion shaft 10 by the valve drive 12 by means of a rack and pinion mechanism 9 with an eccentric-cycloidal engagement, while the rod 11 with the shutter 13 attached to it moves inside the fairing 8. When the shutter 13 is moved to open, the sealing surface B of the valve 13 and the sealing surface D of the seat 16 open, the velocity and pressure of the flow decrease, passing through the labyrinth grooves of the valve 13 and the seat 16. The flow, passing through the splitter 17, is leveled and enters the outlet pipe 3. With further movement of the valve 13 in left position, the cross-sectional area formed by the sealing surface B of the valve 13 and the seat 16 increases, respectively, the flow rate of the working medium increases.

При перемещении затвора 13 зубчато-реечным механизмом 9 в крайнее правое положение площадь проходного сечения, образованная уплотнительной поверхностью В затвора 13 и седлом 16 уменьшается, соответственно, уменьшается расход рабочей среды. В крайнем правом положении уплотнительная поверхность В затвора 13 соприкасается с уплотнительной поверхностью Г седла 16, клапан плотно закрыт.When the shutter 13 is moved by the rack and pinion mechanism 9 to the extreme right position, the flow area formed by the sealing surface B of the shutter 13 and the saddle 16 decreases, respectively, the flow rate of the working medium decreases. In the extreme right position, the sealing surface B of the valve 13 comes into contact with the sealing surface D of the seat 16, the valve is tightly closed.

Использование заявленного клапана запорно-регулирующего всережимного на объектах энергетики и газонефтехимии позволит использовать клапан для работы с жидкими и газообразными средами во всех режимах регулирования, обеспечивая надежность, безопасность и долговечность. Простота конструкции приведет к уменьшению металлоемкости и низкой себестоимости при изготовлении, а также к снижению затрат на обслуживание и ремонт в процессе эксплуатации, что делает его конкурентоспособным по техническим, экономическим и эксплуатационным показателям.The use of the declared all-mode shut-off-regulating valve at power and gas and petrochemical facilities will allow the valve to be used to work with liquid and gaseous media in all control modes, ensuring reliability, safety and durability. The simplicity of the design will lead to a decrease in metal consumption and low production costs, as well as to a decrease in maintenance and repair costs during operation, which makes it competitive in terms of technical, economic and operational indicators.

Источники информации:Information sources:

1. Гуревич Д.Ф. и др. Арматура ядерных энергетических установок, М., Атомиздат, 1978, стр. 90, рис. 4.7.1. Gurevich D.F. and other Armature of nuclear power plants, M., Atomizdat, 1978, p. 90, fig. 4.7.

2. Описание изобретения к патенту RU №2375627 С1 «Осевой запорно-регулирующий дисковый клапан», опубликовано 10.12.2009 г.2. Description of the invention to the patent RU No. 2375627 C1 "Axial shut-off and control disc valve", published on 10.12.2009.

3. Описание изобретения к патенту RU №2455543 С2 «Клапан регулирующий с осевым потоком для объектов энергетики», опубликовано 10.07.2012 г.3. Description of the invention to the patent RU No. 2455543 C2 "Control valve with axial flow for power facilities", published on 10.07.2012.

4. Описание полезной модели к патенту RU №112970 U1 «Клапан запорно-регулирующий осесимметричный», опубликовано 27.01.2012 г. (Прототип).4. Description of the utility model to the patent RU No. 112970 U1 "Shut-off-control axisymmetric valve", published on January 27, 2012 (Prototype).

Claims

An all-mode shut-off and control valve, containing a body with inlet and outlet nozzles, having an upper connector, a cover with a rigidly fixed fairing, in the cavity of which a rack-and-pinion mechanism is installed, consisting of a pinion shaft and a stem, with a locking unit fixed on the stem, characterized in that that the rack and pinion mechanism has an eccentric-cycloidal engagement, and the sealing surface of the shutter and the seat are made of a conical shape, on which there are labyrinth grooves, while the shutter is sealed in the fairing by elastic sealing rings of the S-shaped profile.